Способ испытаний зубчатых колес на контактную усталость зубьев
Использование: испытательная техника для ускоренных сравнительных испытаний на контактную усталость зубьев с построением левой ветви кривой усталости. Сущность изобретения: по крайней мере одно испытуемое колесо вводят в зацепление с технологическим колесом со смещением по ширине венца, прикладывают к технологическому колесу нагружающий момент и вращают взаимодействующие колеса до разрушения контактирующих поверхностей , в зацепление с испытуемым колесом вводят со смещением по ширине венцов два последовательно зацепляющихся испытуемых зубчатых колеса, значения рабочей ширины , DOE и Ьодз в зубчатых зацеплениях выбирают равными соответственно Ьо)1 0,34bcu , Ьад 0,43bw , Ьшз H),57bfi) , где Ьа)- полная рабочая ширина испытуемых зубчатых колес после разрушения контактирующих поверхностей каждого из зацеплений составляющие его зубчатые колеса смещают на величину Ьо в противоположную первоначальному смещению направлении и вводят в зацепление ранее ненагруженные поверхности зубьев. Величину нагружающего момента в процессе испытаний выбирают из соотношения Т 4,9 -10 4d2 hui -ойнть/ /ZH2 -2м-2 -Кна -КнЈ -KHV где d - диаметр делительной окружности -испытуемых зубчатых колес; наименьшая рабочая ширина в зубчатых сопряжениях; 7н11ть - предел контактной выносливости материала рабочих поверхностей зубьев; ZH, ZM, Ze, К на , К Hfi , К нv - коэффициенты, учитывающие соответственно форму сопрягаемых поверхностей зубьев , механические свойства материалов, суммарную длину контактных линий, распределение нагрузки между зубьями и по длине контактных линий, динамическую составляющую нагрузки в зубчатом зацеплении . 1 ил. 00 ю ON О
СОЮЭ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 М 13/02
ГОСУДАРСТВЕН-ЮЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4904754/28 (22) 24.01.91 (46) 07.07.93. Бюл. М 25 (71) Белорусский политехнический институт (72) В.Л.Басинюк, В.Ф.Горошко, А.А.Кот и
В.Б.Ч емисов (56) Авторское свидетельство СССР
ЬЬ 1435982, кл. G 01 M 13/02, 1986.
Авторское свидетельство СССР
М 1626101, кл. 6 01 М 13/02, 1988.
Методика ускоренных сравнительных испытаний цилиндрических зубчатых колес.
М.: 1988, ГОСНИТИ, с. 8-9. (54) СПОСОБ ИСПЫТАНИЙ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС НА КОНТАКТНУЮ УСТАЛОСТЬ ЗУБЬЕВ (57) Использование: испытательная техника для ускоренных сравнительных испытаний на контактную усталость зубьев с построением левой ветви кривой усталости. Сущность изобретения: по крайней мере одно испытуемое колесо вводят в зацепление с технологическим колесом со смещением по ширине венца, прикладывают к технологическому колесу нагружающий момент и вращают взаимодействующие колеса до разрушения контактирующих поверхностей, в зацепление с испытуемым колесом вводят со смещением по ширине венцов два последовательно эацепляющихся испытуемых зубчатых колеса, значения рабочей шиИзобретение относится к машиностроению, а именно к испытательной технике, и может быть использовано при ускоренных сравнительных испытаниях на контактную усталость зубьев с построением левой ветви кривой усталости., Цель изобретения — ускорение испытаний.
„„5LI „„1826010 А1 рины Ьв, b и b в зубчатых зацеплениях выбирают равными соответственно
Ьвн= 0,34Ьгл, b = 0,43Ью, Ьсоз
0,57Ьи, где Ьв — полная рабочая ширина испытуемых зубчатых колес после разрушения контактирующих поверхностей каждого из зацеплений составляющие его зубчатые колеса смещают на величину bw в противоположную первоначальному смещению направлении и вводят в зацепление ранее ненагруженные поверхности зубьев. Величину нагружающего момента в процессе испытаний выбирают из соотношения
Т = 4,9 10 б Ьй)1 . Ойвть /
/2н2 ZM. Я Кна Кнф Кни где d — диаметр делительной окружности
-испытуемых зубчатых колес; Ьон — наименьшая рабочая ширина в зубчатых сопряженияхх; o ii b — предел контактной выносливости материала рабочих поверхностей зубьев; Z<, ZM, Ze, Кна, К 3, К ив коэффициенты, учитывающие соответственно форму сопрягаемых поверхностей зубьев, механические свойства материалов, суммарную длину контактных линий, рас.пределение нагрузки между зубьями и по длине контактных линий, динамическую составляющую нагрузки в зубчатом. зацеплении. 1 ил.
На чертеже показана схема установки испытуемых зуЬчатых колес.
При исследованиях испытуемые зубчатые колеса соединяются в цепочку последовательно зацепляющихся шестерен, имеющих рабочие ширины: в первом сопряжении — 0,34Ьщ, во втором — 0,57 Ьщ, в
1826010 третьем — 0,43Ьв (такая последовательность необязательна, но более удобна, поскольку обуславливает минимальное число сдвижек при испытаниях). Замыкает цепочку технологическое колесо.
Рабочие ширины выбраны исходя из следующего.
При испытаниях на контактную усталость зубьев с построением левой ветви кривой усталости усредненный показатель степени влияния контактных напряжений на число циклов наработки может быть принят равным 6.
Отсюда с4 й1= с4 й2=4 йз, где 01 — максимальные планируемые контактные напряжения при отсутствии схватывания, как правило, не превышающие 1,4
О,П.,Ь, т.Е. 01 =1,4ОнП нЬ . МИНИМаЛЬНЫЕ контактные напряжения для левой ветви кривой усталссти ориентировочно равны
1,05-1,1 онПП Ь . ПОСКОЛЬКУ удсбНО ИМЕТЬ кратные величины N1, N2, йЗ (например, N2
01 N2
= 5 N1, йз = 2й1), то ((— ) = — = 5 и
О2 й1 (— ) = — =2, откуда а1 =1,3o2 илис
01 йЗ
0З й1
= =1,08 o Hllmb,01 = 1,12оз или оз= 1,25
0нПm1, т.Е. ВСЕ тРИ УРОВНЯ НаГРУжЕНИЯ практически равномерно распределяются в диапазоне контактных напряжений (1,051,4) o Ьюз 03 ЬМ2 «Я = — = 0,746; Ьщ =0,43 Ьа vbe2 =0,57 be. Аналогично — = — 0,83 или Ьи1 Я be3 be1=0,34 be. После установки шестерен со смещением на заданную ширину они приводятся во, вращение (крутящий момент подводится к первому испытуемому зубчатому колесу) и нагружаются моментом Т (нагружающий момент прикладывается к технологическому зубчатому колесу). Величина нагружающего момента Т определяется исходя из следующих соображений. Момент Т создает на ширине be1 = 0,34 be контактные напряжения 1,4 онпн,ь . В соответствии с ГОСТ 21354-75 ггн = 22,4 2н ZM 2 — х 1 ае з х be ц Кна КНР Кну 15 где ae = d — межосевое расстояние, u = 1— ПЕрЕдатОЧНОЕ ОТНОШЕНИЕ, он = 1,4 O,Пд,b Отсюда 1,96Онпаь =502 Ж Ем 3 1 б — х 2 Т Ьв х1 на нф ну 8 или Т=49. 0-4 Ь01 Osllmb 2, 2, 2 2н ZM Kна КнP КнР В исходной схеме сдвижка колес с be1 и be2 осуществляется в одном направлении, чтобы компенсировать радиальные силы и исключить влияние малой величины Ьв1 на результате испытаний. Зубчатые колеса испытываются до разрушения контактных поверхностей, после чего 25 сдвигаются на величину be в противоположном исходному сдвигу направлении с введением в зацепление ранее ненагруженных участков зубьев (колеса после сдвига показаны на фиг. 1 пунктиром). При этом 30 первым разрушается первое сопряжение с be1= 0,34 be . Ведущее зубчатое колесо 1 смещается относительно ведомого колеса 2 (колесо 2 неподвижно) с образованием ранее неработавшими участками зубьев be4 =. 35 =0,66 be. Вторым разрушаетсятретьесопряжениес b =0,43 Ьщ. В нем смещается в направлении противоположном исходному технологическое зубчатое колесо 3 введением в зацепление новых участков зубьев и об40 разованием рабочей ширины be5= 0,57 be . Сопря гаемое зубчатое колесо 4 остается неподвижным в осевом направлении. Последним разрушается зубчатое зацепление зубчатых колес 2 и 4 с be2 = 0,43 be. Это в целом дает три точки левой ветви кривой усталости. При необходимости в паре 2 и 4 осуществляется сдвижка с образованием Ьаб = 0,57 Ьв и испытания ведутся до разрушения пары колес 2 и 4 и получения четвертой точки, Однако это менее удобно, так . как в этом случае требуется сдвинуть также и колесо 3. 1826010 Величины исходных и последующих сдвижек и ориентировочные величины циклов наработки первой, второй и третьей пары, поясняющие способ, приведены в таблице. Ее анализ показывает, что несмотря на неизбежное рассеивание результатов испытаний способ гарантирует получение как минимум трех точек кривой усталости, обеспечивая ускорение испытаний примерно в 1.6 раза. После завершения испытаний для построения кривой усталости рассчитываются либо эквивалентные сдвигам по ширине контактные напряжения, либо нагружающие моменты. Контактные напряжения рассчитываются по формуле .o н1,2,з =63,2 Ен Zv Ее — х 1 х К а Кнр1.2,3 Кни!.г.з Щ 1,2,3 где Ьщ123 — уточненные по результатам испытаний величины рабочих ширин соответственно первого, второго, третьего зубчатого сопряжений; Кна Кнp1,2,3, Кн 1>1,2,3 раСчетные уточненные коэффициенты, учитывающие неравномерность распределения нагрузки между зубьями и по длине контактных линий, а также динамические составляющие нагрузки в первом, втором и третьем сопряжении; d — диаметр делительной окружности испытуемого зубчатого колеса; Т вЂ” нагружающий момент; Аналогично рассчитываются моменты Т1.2,3=2,5 х 2, о Ьщ! Он1,2,3 1О-4 . ьн zM . 2. 2. Кна KyP1,г,З KHV1,г,З П р и м. е р. Испытывались зубчатые колеса, имеющие Следующие параметры: модуль m =2 мм, число зубьев z =42, рабочая ширина зубчатого венца Ьщ = 9 мм, матери. ал — сталь 40Х, термообработки — закалка ТВЧ до HPC 48...52. Рассчитывались рабочие ширины и нагружающий момент: Ьщ! = 0,34 Ьщ = 3 мм, b = 0,57 Ьщ = 5, t мм, b = 3,9 мм. Т=4,9 104х 422 3 1052 х 1кГм 1,76 86,6 0,87 1 1 1,2 Испытания осуществлялись на стенде с разомкнутым силовым контуром при частоте вращения 750 o6/мин. его зубчатые колеса смещают на величину Ьщ в противоположную первоначальному смещению направлению и вводят в зацепление ранее ненагруженные поверхности зубьев, а величину нагружающего момента в процессе испытаний выбирают иэ соотношения Т=4 9 .10 х d Ьщ! Йьь 2 . 2 . 2 Zy ZM Кна Кнф Кн v где d — диаметр делительной окружности испытываемых зубчатых колес; Наработка до контактного разрушения составила: первым сопряжением — 1,06 10 7 циклов нагружения, вторым сопряжением— 49 10 циклов нагружения, третьим — 26 5 10 циклов нагружения. После разрушения первого и третьего сопряжений зубчатые колеса (первое и технологическое) смещались в осевом направлении на 9 мм. Таким образом за 49 10 циклов нагружения (1090 10 ч) были получены три точки кривой усталости на трех уровнях нагружения, При исследованиях известными спосо- " бами на это понадобилось бы (10,6+ 26+ 49) 10 =85 6 10 циклов нагружения(1900ч), 15 т.е, срок испытаний сократился примерно в 1,7 раза. Таким образом, способ может быть эффективно использован для ускорения испытаний на контактную усталость зубчатых колес без каких-либо ограничений по их точ20 ности, скорости и коэффициенту перекрытия, Формула изобретения Способ испытаний зубчатых колес на контактную усталость зубьев, заключаю25 щийся в том, что по крайней мере одно испытываемое колесо вводят в зацепление с технологическим колесом со смещением по ширине венца, прикладывают к технологическому колесу нагружающий момент и вра30 щают взаимодействующие колеса до разрушения контактирующих поверхностей, по которому судят о контактной прочности,отличающийсятем,что,сцелью ускорения испытаний, s зацепление с испы35 тываемым зубчатым колесом вводят со смещением по ширине венцов два последовательно зацепляющихся испытываемых зубчатых колеса, значения рабочей ширины b, b и b в зубчатых за40 цеплениях выбирают равными соответственно Ьщ1= 0,34Ьщ,b = 0,4ЗЬщ и b = =0,57 Ьщ, где Ьщ — полная рабочая ширина испытываемых зубчатых колес. после разрушения контактирующих поверхностей каждого из зацеплений составляющие 1826010 brgpq — наименьшая рабочая ширина в зубчатых сопряжениях; я пь — предел контактной выносливости материала рабочих поверхностей зубьев; 5 Ец, Z)p, Zg, Кнд, Кнф, tI — козффициенты, учитывающие соответственно форму Испытаний в исходном положении Параметры сопряжения после кон, тактного разрушения и сдвижки Ориентировоч- Рабочая ширина ОриентировочРабочая ширина сопряжения. сопряжения ное число циклов наработки ное число циклов наработки > 78N> 0,66 Ьгл 0,34 Ьсд 5й1 0,57 Ьа) 2 N1 0,43 bo) 5 N1 0,43 Ьщ 0,57 Ьв Третья Первая (b i) Вторая (b сопрягаемых поверхностей зубьев. механические свойства материалов, суммарную длину контактных линий, распределение нагрузки между зубьями и по длине контактных линий, динамическую составляющую нагрузки в зубчатом зацеплении. 1826010 Составитель В.Горошко Техред M.Моргентал Корректор E.Папп Редактор Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Р Заказ 2316 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035 Москва Ж-35 Ра шская наб. 4/5
